Мелиоративные машины - каналокопатели

Касательная реакция:

Fк = (Ркн + Ркл + Рр + Рпод + Ртр)/vокр ;                    (4.16)

 

Fк = (9,24 + 28,7 + 18,5 + 1,7 + 21,3)/ 14 = 2,1 кН.

 

Нормальная составляющая вычисляется по зависимости

 

Fн= e · Ft;                                                (4.17)

где  e = 0,6 [3],

Fн= 0,6 · 2,1 = 1,26 кН.

 

Точка приложения реакции Fк и Fн находится на высоте Нк/3 от дневной поверхности, что примерно соответствует углу 0,7jк (рисунок 4.1).

 

Рисунок 4.1 - Схема к определению точки

приложения реакции грунта.

 

 

Дно канала окончательно формируется зачистным отвалом. Для расчетов принимается, что отвал срезает толстую стружку треугольного сечения (рис. 4.2)

             

Рисунок 4.2 - Схема к определению реакций, действующих на зачистной отвал.

 

Горизонтальная реакция Rог определяется по формуле:

 

       Rог = (0,35…0,80)k1 bд 2/ 2ctgλ;                                      (4.18)

Rог = (0,35…0,80)·40 ·0,35 2/ 2ctg54˚ =1,2…2,8 кН.

Принимаем k1 = 40 кПа по приложению табл.2  [1].

 

Вертикальная составляющая реакция Rов определяется по формуле:

 

Rов = Rог · ctgyo;                                            (4.19)

где yo– угол наклона касательной к нижней точке отвала, yo = 65°[3].

 

Rов = 2 · ctg65° = 0,92 кН.

 

Реакции грунта  действующие на двухотвальный клин можно определить по эмпирической формуле:

 

Fг = FгкфнАк /Акфн;                                                                  (4.20)

 

где Fгкфн  – горизонтальная реакция, действующая на двухотвальный клин каналокопателя КФН-1200, Fгкфн = 15 кН;

Акфн  – площадь поперечного сечения канала, отрываемого каналокопателем КФН-1200, Акфн =1,74 м2.

Fг = 15 · 2,61/1,74 = 22,5 кН.

 

Вертикальная составляющая, действующая на двухотвальный клин, рассчитывается по формуле:

Fв = Fвкфн Ак /Акфн;                                          (4.21)

 

где Fвкфн – вертикальная реакция, действующая на двухотвальный клин каналокопателя КФН-1200, Fвкфн = 3 кН.

Fв = 3 · 2,61 /1,74 = 4,5 кН.

 

 

 

 

 

4.2 Тяговый расчет.

4.2.1 Определение суммарного  тягового сопротивления 

при полунавесной схеме агрегатирования.

Вычерчиваем схему рабочего оборудования (рис. 4.3), на которой обозначаются силы тяжести Gр.о частей оборудования, силы взаимодействия грунта с рабочим органом Fн,Fк,Fп, нормальные реакции грунта на поверхность опорного устройства Rо, силы сопротивления передвижению опорного устройства по поверхности грунта при рабочем перемещении машины в гору с уклоном 10º.

 

 

Рисунок 4.3 - Схема к определению реакций в шарнире сцепки машины

с полунавесным или полуприцепным рабочим органом.

 

На первой стадии рабочее оборудование рассматривается отдельно от базовой машины, а поскольку в точках крепления рабочего оборудования к базовой машине во время ее движения всегда возникают усилия, то их также обозначают на схеме Fх и Fу  и направляют по осям координат в произвольном направлении. Кроме того, на схеме указывается расстояние от линии действия сил до начала координат и, при необходимости, углы направления действия сил.

 

Сила тяжести трактора рассчитывается по формуле:

 

Gт = mт·g, кH;               (4.22)

 

Gт= 7510·9,81=73673 H.

Сила тяжести рабочего органа:

 

Gр.о= mр.о·g, кН;    (4.23)

 

Gр.о = 1600·9,81=15696 Н.

 

Из условия S Мo = 0 получаем уравнение:

 

Ro · l3 + Fo · (Нк + h1) + Roг · (Нк · h1) – Roв · l2 + Gp.o· sina · h3 – Gp.o· cosa l2 + Fг ·   · (Нк/2 + h1) – Fв · l1 –  Fк · sinλ · sinj · (l2 – rфр · sinj) + Fк · sinλ · cosj · (h3 + rфр ·   · cosj) + Fн · sinλ · cosj · (h3 + rфр · cosj) + Fн · sinλ · sinj = 0;                      (4.24)

 

Учитывая, что Fo = Ro · fо, получаем уравнение для расчета Rо:

 

где fо – коэффициент удельного сопротивления передвижению опорных колес, выбирается по табл. 2 или 3 приложения. Принимаем = 0,45.

 

Rо = [– Roг · (Нк + h1) + Roв · l2 – Gp.о · sina · h3 + Gp.o· cosa l2 – Fг · (Нк/2 + h1) +Fв· · l1 + Fк · sinλ · sinj · (l2 – rфр · sinj) – Fк · sinλ · cosj · (h3 + rфр · cosj) – Fн · sinλ · cosj · (h3 + rфр · cosj) – Fн · sinλ · sinj]/ (l3 + fo(Нк + h1 ));                       (4.25)

 

Rо = [– 2 · (1,4 + 0,4) + 0,92 · 1,6 –15,7 · 0,17 · 0,94 + 15,7 · 0,98 · 1,44  –

 -22,5(1,4/2+0,4)+ 4,5 ·1,21 + 2,1·0,7·0,9 1,44-0,9·0,9 – 2,1·0,7·0,1 · 0,94+0,9·0.1– 1,24·0,7·0,1· 0,94+0,9·0,1– 1,24·1,2/(2,9+ 0,45(1,4 + 0,4)) = 3,7 кН.

Рассчитав Rо, находим Fо:

Fo = Ro· fo = 3,7 · 0,45 = 1,6 кН.                                         (4.26)

 

Спроектировав все силы на ось Х, получим:

 

Fх = Gp.о· sina + Fo + Fг + Roг + Fн · sinj · cosλср + Fк · cosj· sinλср;          (4.27)

 

Fх = 15,7 · 0,17 + 1,6 + 2 + 22,5 + 1,24 · 0,1 · 0,77 + 2,1 · 0,99 · 0,64 = 30,1 кН.

 

Аналогично находим силы на оси У:

 

Fу = – Rо  + Rов – Fв + Gp.o· cosa + Fк · sinλср· sinj – Fн· sinλср · сosj;      (4.28)

 

Fу = -3,7 +0.92 -4,5 + 15,7 · 0,98 + 2,1 · 0,77 · 0,99 – 1,24 · 0,77 · 0,1 = 9,6 кН.

Так как значения Fх и Fу положительны, то направление их выбрано правильно.

После расчета значений сил Fx, Fy и определения направления их действия переходим к рассмотрению базовой машины (рис. 4.4), где Gт – силы тяжести машины, Rг – нормальная реакция грунта на движитель, Fs – сила сопротивления передвижению, Fт – необходимая сила тяги, которая равна искомой силе Fc. В точке соединения рабочего оборудования прилагаются силы Fх, Fy, но направление их противоположно тому, которое было установлено при рассмотрении рабочего оборудования отдельно от базовой машины.

Проектируя все силы, действующие на базовую машину, на ось У и решая это уравнение относительно Rг, получим следующее уравнение:

 

Rг = Gт · cosa  + Fy;                                        (4.29)

 

Rг = 73,7 · 0,98 + 9,6 = 81,6 кН.

 

Проектируя силы на ось Х, получаем:

 

Fs= fʹo·(Gт·cosa + Fy),кН ;                                      (4.30)

 

где–fʹo коэффициент сопротивления передвижению трактора, принимаем fʹo = 0,15 [3].

Fs= 0,15· (73,7 ·cos 10˚+ 9,6) = 11,3 кН.

 

и решая уравнение относительно Fт, получаем:

 

Fт = Fx + fʹo·(Gт·cosa+  Fy) + Gтsina,кН;                               (4.31)

 

Fт = 30,1 + 0,15· (73,7 ·cos10˚ + 9,6) + 73,7 ·sin10˚= 54 кН.

 

Подставив численные значения в уравнение (8.31), получим значение Fт, которое численно равно Fс.

 

 

 

Рисунок 4.4 – Схема к тяговому расчету машин

с полунавесным рабочим оборудованием.

 

4.2.2 Определение общей мощности двигателя.

 

Для машины с активным рабочим органом уравнение расчета необходимой мощности Pдв двигателя (уравнение баланса мощности) можно записать следующим образом:

 

Рдв = Рр.одв + Рпдв + Рддв;                                  (4.32)

 

где Рр.одв – мощность на привод рабочего органа, приведенная к валу двигателя;

  Рпдв – мощность на передвижение машины, приведенная к валу двигателя;

 Рддв – мощность на привод дополнительных устройств (электрогенератора, пневмокомпрессора, гидронасоса системы управления и др.), приведенная к валу двигателя.

Мощность Рр.о рассчитывается для каждого типа рабочего органа по существующим методикам. Мощность на передвижение, приведенная к валу двигателя, определяется по формуле:

 

Рпдв = Fс vп /hх hб hтр;                                       (4.33)

где Fс – суммарное тяговое сопротивление;

vп – скорость рабочего передвижения машины;

hх – к.п.д. механизмов ходовой части базовой машины. Для гусеничных машин  hх = 0,7...0,9;

hб – к.п.д., учитывающий потери мощности при частичном буксовании. При полной нагрузке можно принимать для гусеничных тракторов hб = 0,95...0,98;

hтр – к.п.д. трансмиссии привода движителя, hтр = 0,88...0,93.

 

 

Рпдв = 54 · 0,026/0,8 · 0,96 · 0,9 = 2,1 кВт,

 

Рддв = (0,05...0,07) · (Рр.одв + Рпдв);                               (4.34)

 

Рддв = 0,05· (50,7 + 2,1) = 2,64 кВт.

 

Общая мощность двигателя:

Рдв = 50,7 + 2,1 + 2,64 = 55,4 кВт.

Для обеспечения работы машины  без буксования должно соблюдаться условие

Fсц > Fc £ kpеж· Fном;                                         (4.35)

Fсц = jсц · Rг · kд;                                         (4.36)

где Fсц – сила тяги по сцеплению;

 kpеж – коэффициент режима работы. При работе с постоянной нагрузкой

 kpеж = 0,8 для гусеничных;

  Fном – номинальная сила тяги базовой машины на соответствующей скорости;

  jсц – коэффициент сцепления движителя с грунтом jсц =0,15…0,9 [3]

   Rг – нормальная составляющая суммарной реакции грунта на ведущую часть движителя базовой машины;

kд – коэффициент динамичности kд = 1[3].

 

Fсц = 0,9 · 81,6 · 1 = 73,4 кН,

 

73,4 > 54.

Условие соблюдается – машина работает без буксования.

 

4.3 Тяговые расчеты при  транспортном передвижении.

4.3.1 Движение по горизонтальному  участку пути.

Для мелиоративной машины с полунавесным рабочим оборудованием расчетная схема изображена на рисунок – 4.5. На схеме показаны силы, учитываемые при расчете. Для этого случая

Определяем максимальную транспортную скорость передвижения мелиоративной машины на горизонтальном участке пути.

 

Rг = Gт + Gp;                                            (4.37)

 

Fт = Fs = fʹo · Rг = fʹo · (Gт + Gр);                               (4.38)

 

Fт = Fs = 0,1 · (73,7 + 15,7) = 8,94 кН.

 

vmax = (Pдв – Pдопдв) · ηтр · ηх /Fт;                             (4.39)

 

vmax = (66 – 3,72) · 0,9 · 0,8 /8,94 = 4,7 м/с.

Pдопдв = Pдв · 0,06;

 

Pдопдв = 66 · 0,06 = 3,72 кВт.

 

Рассчитанное значение vmax сопоставляется с максимальной транспортной скоростью vт, т.к. у УШ стоит бесступенчатое регулирование скорости то:

 

vт  =  vmax.                                                   (4.40)

Рисунок 4.5 – Схема сил, действующих на машину при транспортном

передвижении по горизонтальному участку пути.

 

 

4.3.2. Движение в гору

 

При данном расчетном положении определяется максимальный угол подъема a, который может преодолеть проектируемая машина на первой транспортной передаче.

Из технической характеристики принимаем скорость на первой передаче vт = 1,67 км/ч. Для пояснения методики расчета мелиоративной машины с полунавесным рабочим оборудованием  используем рисунок 4.6.

Рисунок 4.6 – Схема к определению максимального угла подъема.

 

Определим искомый максимальный угол подъема из условия полной загрузки двигателя [3]:

 

sina = – fʹo · cosa + (Pдв – Pдопдв) · ηтр ·  ηх · ηб/[vт · (Gт + Gp)];       (4.41)

sina = – 0,1 · cosa + (66 – 3,72) · 0,9 · 0,8 · 0,96/[1,67 · (73,7+15,7)],

sina = - 0,1 · cosa + 0,29.

Заменив sina на и возведя обе части уравнения в квадрат, получим:

 

Выполним преобразование:

 

1– cos2a = 0,01 · cos2a – 0,058 · cosa + 0,084;

 

 

Выполнив действия, получим квадратное уравнение:

 

–1,01 · cos2a + 0,058 · cosa + 0,084 = 0;

 

Упростим данное уравнение:

 

 cos2a – 0,058 · cosa – 0,084 = 0.

 

Находим дискриминант:

 

Д = b2 – 4ас = -0,0582 – 4 · 1 · (-0,084) = 0,34,                      (4.42)

 

Получаем два корня уравнения:

 

х1 = –b+ /2 · а =  0,058 + /2 · 1 = 0,35,                 (4.43)

 

х2 = – b – /2 · а = 0,058 – /2 · 1 = – 0,23.             (4.44)

 

Решив уравнение, принимаем x = 0,35 за действительное решение.

 

a = аrccos0,35 = 69˚.                                      (4.45)

 

Угол a, найденный из условия развиваемой мощности двигателя, необходимо проверить по условиям сцепления (проверка на отсутствие сползания).

Определяем максимальный угол подъема по условиям сцепления движителя с грунтом [3]:

 

tga = (jcц  – fo);                                             (4.46)

 

a = arctg (0,7 – 0,1) = 31˚.

 

При сопоставлении значений a, полученных при решении уравнений (4.45) и (4.46). Искомым углом a является меньшее из двух полученных значений –          a = 31˚.

 

 

5 СТАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 

 

5.1 Определение коэффициентов  запаса устойчивости в вертикальных  плоскостях

 

При расчете коэффициента запаса устойчивости в продольной вертикальной плоскости считается, что опрокидывание возможно относительно оси А–А или Б–Б.

Рисунок 5.1 –Схема к статическому расчету в продольной вертикальной

плоскости.

 

Выполним расчет коэффициентов запаса устойчивости в продольной вертикальной плоскости. Расчетная схема машины приведена на рисунке 5.1, соответственно плечи lт = 1,28 м, l1 =1,16м.

Относительно А – А опасности нет, так как нет опрокидывающего момента.

 

Для оси Б –Б уравнение имеет вид:

 

kуб= Мвб/Мопрб= Gт·lт /(Fу·l1+ Fх·h), кН · м;                             (5.1)